“行星黑域”——被囚困的智慧文明

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翻译：申振宇

校对：刘海牧 尹天任

审阅：牧夫校对组

美编：徐玖坤

后台：胡永崴

随着数以千计的系外行星逐渐被发现，天文学家们也慢慢了解到行星间的多样性。想象一下外星智慧文明是如何在不同的宜居世界中产生的？也许有一些文明可以发展出太空探索技术，但也有其它文明则可能被困于水下，冰下或者被限制在巨大的重力井中。那他们又该如何逃脱呢？

DALL-E绘制的想象图

进化使得地球上产生了多种多样的生命形式。碰巧的是，会说话、拥有对生拇指的灵长类动物——人类爬到了生命树的顶端，并正在建立一个航天文明。人类是陆栖生物，那么其它星球呢？如果海洋世界中的主导性生物建立了某种程度的科技文明，他们能够摆脱海洋家园并探索太空吗？

《英国星际学会杂志》的一篇新文章思考了其它行星上文明的存在，以及影响这些文明探索其自身所在恒星系能力的因素。文章的标题是 “系外行星逃逸因子及鱼缸世界浅析”（搜索地外文明的两个概念性工具）。文章唯一作者是西班牙中大西洋大学的教授Elio Quiroga。

我们无法准确知道地外智慧生物（ETI）是否存在，但至少有存在的可能性，毕竟我们不能确定地说它们不存在。德雷克方程是我们用来讨论地外文明是否存在的工具之一。这是一种结构化的思维试验，只是采用了方程的形式，可以让我们估计其它活跃的，可交流的智慧生命存在性。德雷克方程中的变量包括恒星形成速率，围绕恒星的行星个数，形成生命以及生命可以进化出ETI的的行星比例。

在他的新研究文章中，Quiroga提出了两种与德雷克方程有关的新概念：系外行星逃逸因子以及鱼缸世界。

不同质量的行星有着不同的逃逸速度。地球的逃逸速度是11.2km/s。这个逃逸速度是对没有推进力的入轨物体而言的，所以我们的火箭实际上并不会达到11.2km/s的速度。但是比较不同行星之间的逃逸速度是有用的，因为它与飞行工具以及推进力无关。

因此，一个可能的事实是，如果某个地外行星的逃逸速度过大，那这个星球上的智慧生物可能因为纯粹的物理因素而永远无法进入太空。

超级地球有着更大的质量以及更高的逃逸速度。尽管对超级地球质量没有准确的定义，但一般以10个地球质量为限来界定他们。因此，当超级地球上的居民进入太空时，他们可能正面临着一系列和地球上不一样的条件。

研究文章中的逃逸速度与行星质量的关系示意图。横坐标是行星质量，纵坐标是需要的逃逸速度。

图源：Quiroga, 2024

在这项工作中，Quiroga使用了系外行星逃逸因子（Fex）和系外行星逃逸速度（Vex），并实现了对一些已知系外行星的逃逸速度样本计算。值得注意的是，行星的组成并不是关键的，行星的质量和半径才是。

研究中的这个表格展示了从一些已知系外行星抵达太空的难易程度。绿色表示可以逃逸，橙色表示可能存在困难，红色表示实际上不太可能进行太空旅行的。

图源：Quiroga, 2024

Quiroga指出，如果行星的Fex值小于0.4，那它很难在表面留住大气，也就很难产生生命。而如果行星的Fex值大于2.2，那就很难开展太空旅行，行星上的居民既无法使用任何可想象的燃料量离开，也无法用目前我们已知的任何材料制造出能够承受升空过程中压力的火箭结构。

Quiroga写到“因此，这意味着这个星球上的智慧生物可能因为纯粹的物理因素而永远无法进入太空。事实上，他们也可能从未过想过要开展太空旅行。这些谁又能知道呢。”

当然，太空探索也不只是单行道。宇航员也要从太空中返回，而行星的质量会影响这个过程。在一个10倍地球质量的超级地球上，航天器再入也有着它的困难。大气密度将扮演重要角色。航天器再入时需要控制速度和摩擦热，对于质量更大的行星来说该过程会更困难，就像逃逸时一样。

Quiroga也提到了鱼缸世界的想法。这是指那些Fex 大于2.2，物理上无法逃逸的行星。这些鱼缸世界中的智慧生物的生活会是什么样的呢？

艺术家想象的“氢海”世界表面。

根据Quiroga的说法，如果一个文明起源于海洋，在没有机会探索太空的情况下，那它最终可能变成一个鱼缸世界。

图源：剑桥大学

在他的研究文章中，Quiroga邀请我们用科幻小说的方式进行推测，想象出一个以海洋为家的智慧物种。在流体环境中，独立的通信传输比在地球这样的大气中传输的更远。独立信号可以传输数百千米。Quiroga解释说，这是一个个体间交流无需通讯设备就可以轻松实现的环境。因此，发展通讯技术的动力在这里就不充足。在这种情况下，科技可能还没有发展，文明也没有考虑可交流性。而可交流性正是定义智慧生命的关键之一。

远程通信技术在这样一个世界可能从没有出现过，即使这是一个充分发展的文明。这样的文明不具备可交流性，也不会纳入德雷克方程中计算。

其它可能把文明有效囚困在他们母星上的情形还有一些。比如，在一个拥有连续不间断云层覆盖的行星上，满天星辰对他们是不可见的。这会怎样影响一个文明？如果你看不到星星，不知道星星的存在，还会对他们好奇吗？当然不会。相似的情况也会发生在没有夜晚的双星系统中。星星永远不会被看到，由此带来的想象力源泉和具象化也不会发生。

海洋世界也有相似的难题。一个拥有温暖海洋和几千米厚冰壳的行星或卫星上，任何居民都会受到他们居住世界的视野限制。很难想象一个科技文明能够在冰壳几千米下的海洋世界中产生。但是我们也无法判断这是否可能。

木星的卫星欧罗巴（木卫二），在厚厚的冰壳下有一个温暖的海洋。还有其它像欧罗巴一样的异星世界吗？如果有智慧生物居住在上面又会是怎么样的？他们将永远无法看到天空中的星星，他们自己的母星，或者他们行星系中的其它行星。

图源：NASA/JPL/伽利略号

Quiroga的Fex可以帮助我们想象什么样的世界可以承载智慧生命。它可以帮助我们预测阻碍太空旅行的因素，并增加德雷克方程的复杂度。它引导我们产生了鱼缸世界的想法，那是一个无法逃脱，可以让文明永远束缚在某个星球的世界。

没有逃逸星球和探索他们所处恒星系的机会，没有与外部世界交流的能力，他们会不会知道整个文明的兴衰过程其实也只是宇宙中的一部分？而这样的事情会不会就在我们眼皮底下发生，我们却永远不知道呢？

https://www.universetoday.com/165903/some-intelligent-civilizations-will-be-trapped-on-their-worlds/#google_vignette

『天文湿刻』 牧夫出品

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光速黑域

图片来源：网络

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